CN114773728A - 一种聚丙烯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚丙烯组合物及其制备方法和应用。本发明所述聚丙烯组合物，包括如下重量份的组分：树脂基材60～80份，玻璃纤维20～40份，相容剂3～5份，抗氧剂0.2～2份；所述树脂基材包括聚丙烯树脂和低结晶速率聚烯烃，且二者质量比1：(0.05～0.15)；所述低结晶速率聚烯烃在128.0℃的等温结晶速度常数K≤1.0×10‑4min‑n。通过添加少量特定等温结晶速度常数的聚烯烃，与聚丙烯树脂复配，可以有效改善聚丙烯组合物的耐乙二醇性能。经过120℃/1000h乙二醇基溶剂浸泡，聚丙烯组合物的拉伸强度保持率≥80％。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，更具体的，涉及一种聚丙烯组合物及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯材料具有低密度、耐化学性以及优异的性价比等特性，使其在汽车、家用电器、食品、医疗、建筑等多个领域都有广泛的应用。
汽车散热器在汽车冷却系统中主要起冷却降温发动机系统作用，水室的冷却介质冷却液的主要成分是乙二醇，传统的散热器水室采用的是玻纤增强聚酰胺(PA)材料，PA有优异的耐高温性能，可以在130℃环境下保持良好的力学性能，但PA材料的密度较高、散热器水室质量过大。
随着热管理系统技术上的改进及新能源车的动力系统革命式的改变，整个散热器的温度较之前有了明显的降低，传统的高温水室试验温度达到130℃，而低温水室的温度仅仅为70～100℃左右，这给水室的轻量化带来了新的机遇。
目前已有技术报道了采用玻纤增强聚丙烯(PP)替代原有的玻纤增强PA，但PP材料作为散热器水室不耐乙二醇，在1000小时/120℃乙二醇浸泡下力学性能劣化严重。
现有技术公开了一种玻纤增强聚丙烯复合材料，包括聚丙烯树脂、玻璃纤维、马来酸酐接枝物、颜料和特殊的复合抗氧剂，复合抗氧剂包括含受阻酚和半受阻酚的复合抗氧剂母粒A、含中性受阻胺抗氧剂和硫醚类抗氧剂组成的复合抗氧剂母粒B。该现有技术记载，仅当使用该复合抗氧剂时，玻纤增强聚丙烯复合材料才能在乙二醇的浸泡下力学性能保持率≥85％，无法适用于聚丙烯材料常规使用的抗氧剂(如抗氧剂1010、抗氧剂168)，难以推广生产。
因此，需要开发出一种耐乙二醇浸泡、力学性能保持率高的聚丙烯组合物。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的不耐乙二醇的缺陷，提供一种聚丙烯组合物，通过添加少量特定等温结晶速度常数的聚烯烃，与聚丙烯树脂复配，可以有效改善聚丙烯组合物的耐乙二醇性能。
本发明的另一目的在于提供上述聚丙烯组合物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述聚丙烯组合物在新能源汽车水室材料中的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种聚丙烯组合物，包括如下重量份的组分：
树脂基材60～80份，
玻璃纤维20～40份，
相容剂3～5份，
抗氧剂0.2～2份；
所述树脂基材包括聚丙烯树脂和低结晶速率聚烯烃，且二者质量比1：(0.05～0.15)；
所述低结晶速率聚烯烃在128.0℃的等温结晶速度常数K≤1.0×10-4min-n。
本发明中，所述聚丙烯树脂可以为市售常规的聚丙烯产品，通常市售的聚丙烯树脂的结晶速率较快，在128.0℃的等温结晶速度常数K为0.5～100。而结晶速率过快易导致结晶不完整，进而导致聚丙烯组合物经注塑后出现内部结构缺陷，而乙二醇进入缺陷部位后，会造成材料的力学性能大幅下降。
发明人研究发现，聚烯烃在128.0℃的等温结晶速度常数满足K≤1.0-4min-n时，其结晶速率非常慢。通过低结晶速率聚烯烃，与聚丙烯树脂进行复配，可以改变因为结晶速度过快而导致的结晶不完整的问题，极大地避免了聚丙烯组合物出现内部缺陷，使得材料耐乙二醇的性能显著改善。
此外，低结晶速率聚烯烃具有优异的流动性，对于玻璃纤维的促分散性更优，有助于聚丙烯组合物在乙二醇浸泡下仍具有较优的力学性能。
本发明聚丙烯树脂的等温结晶速度常数K按照《高分子材料科学与工程》第18卷第6期，2002年11月中的方法计算。
优选地，所述低结晶速率聚烯烃在128.0℃的等温结晶速度常数K≤1.0×10-5min-n。
可选地，所述低结晶速率聚烯烃可以为满足等温结晶速度常数K要求的低结晶速率聚丙烯、乙烯-辛烯无规共聚物(POE)或烯烃嵌段共聚物(OBC)中的一种或几种。
优选地，所述树脂基材中聚丙烯树脂和低结晶速率聚烯烃的质量比为1：(0.08～0.12)。
优选地，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯。
优选地，所述聚丙烯树脂在230℃、2.16kg负荷下的熔体流动速率为2～20g/10min。
所述聚丙烯的熔体流动速率按照ISO 1133-1-2011标准方法测试。
优选地，所述玻璃纤维的平均长度为3～9mm，直径为7～17μm。
优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝聚烯烃。
更优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
优选地，所述相容剂中马来酸酐的接枝率≥0.8％。
相容剂中马来酸酐的接枝率较高时，有助于聚丙烯组合物中各组分间的相容性更优，进而使得耐乙二醇性能更好。
所述抗氧剂可以为聚丙烯材料常用的抗氧剂。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂。
可选地，所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010和/或抗氧剂1076。
可选地，所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168和/或抗氧剂PEP-36。
所述聚丙烯组合物还可以包括0.2～2重量份的颜料。
本领域技术人员可以根据实际生产需要，在聚丙烯组合物中添加相应颜色的颜料。
优选地，所述颜料为炭黑母粒。
本发明还保护上述聚丙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
将树脂基材、相容剂、抗氧剂和颜料(若有)混合后加至挤出机的主喂料口，将玻璃纤维加至挤出机的侧喂料口，经过熔融混合、挤出造粒，得到所述聚丙烯组合物。
优选地，所述挤出机为双螺杆挤出机，螺杆长径比为40～48：1。
优选地，所述双螺杆挤出机的挤出工艺为：主机一区温度100～120℃，二区温度180～200℃，三区温度200～220℃，四区温度200～220℃，五区温度200～220℃，六区温度180～200℃，七区温度180～200℃，八区温度180～200℃，九区温度180～200℃，十区温度180～200℃，主机转速200～350rpm。
本发明还保护上述聚丙烯组合物在新能源汽车水室材料中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明开发了一种耐乙二醇的聚丙烯组合物，通过添加少量特定等温结晶速度常数的聚烯烃，与聚丙烯树脂复配，可以有效改善聚丙烯组合物的耐乙二醇性能。经过120℃/1000h乙二醇基溶剂浸泡，聚丙烯组合物的拉伸强度保持率≥80％。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例及对比例中的原料均可通过市售得到；其中抗氧剂和颜料在平行实验中采用同种物质。
除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1～12
实施例1～12分别提供一种聚丙烯组合物，组分含量见表1，制备方法如下：
按照表1将各组分混合后加至双螺杆挤出机的主喂料口，将玻璃纤维加至挤出机的侧喂料口，经过熔融混合、挤出造粒，得到聚丙烯组合物；
其中双螺杆挤出机的挤出工艺为：主机一区温度100～120℃，二区温度180～200℃，三区温度200～220℃，四区温度200～220℃，五区温度200～220℃，六区温度180～200℃，七区温度180～200℃，八区温度180～200℃，九区温度180～200℃，十区温度180～200℃，主机转速200～350rpm。
表1实施例1～12的聚丙烯组合物的组分含量(重量份)
对比例1～5
对比例1～5分别提供一种聚丙烯组合物，组分含量见表2，制备方法如下：
按照表2将各组分混合后加至双螺杆挤出机的主喂料口，将玻璃纤维加至挤出机的侧喂料口，经过熔融混合、挤出造粒，得到聚丙烯组合物；
其中双螺杆挤出机的挤出工艺为：主机一区温度100～120℃，二区温度180～200℃，三区温度200～220℃，四区温度200～220℃，五区温度200～220℃，六区温度180～200℃，七区温度180～200℃，八区温度180～200℃，九区温度180～200℃，十区温度180～200℃，主机转速200～350rpm。
表2对比例1～5的聚丙烯组合物的组分含量(重量份)
性能测试
对上述实施例及对比例制备的聚丙烯组合物进行性能测试，具体方法如下：
将聚丙烯组合物分别按照ISO 527-2012标准、ISO179-2010标准注塑为拉伸强度测试样条、缺口冲击强度测试样条，并分别检测样条的拉伸强度和缺口冲击强度；将样条浸泡于乙二醇基溶剂(体积比为50:50的乙二醇冷却液与水)中，在120℃条件下放置1000h，再次检测样条的拉伸强度和缺口冲击强度；
计算样条在浸泡乙二醇前后的性能保持率；
保持率＝(乙二醇浸泡后的检测值/乙二醇浸泡前的检测值)×100％；
拉伸强度：按ISO 527-2012方法，测试条件为：1A，拉伸速度10毫米/分钟；
缺口冲击强度：按照ISO179-2010，测试条件：1eU，4J。
实施例1～12的测试结果见表3，对比例1～5的测试结果见表4。
表3实施例1～12的测试结果
根据表3的测试结果，本发明个实施例制备的聚丙烯组合物经乙二醇浸泡1000h后，材料的拉伸强度、缺口冲击强度保持率均≥80％，具有良好的耐乙二醇性能。
根据实施例1～3，低结晶速率聚烯烃在在128.0℃的等温结晶速度常数K越低，制得的聚丙烯组合物的耐乙二醇性能越好，在乙二醇浸泡后力学性能保持率越高。低结晶速率聚烯烃优选为在128.0℃的等温结晶速度常数K≤1.0×10-5min-n。
根据实施例1、6～7，相容剂中马来酸酐的接枝率越高，对于本发明聚丙烯组合物中各组分间的促相容作用更好，相容剂中马来酸酐的接枝率优选≥0.8％。
根据实施例1、实施例8～10，树脂基材中，聚丙烯树脂与低结晶速率聚烯烃的质量比为1：(0.12～0.15)时，二者相结合更优，制得的聚丙烯组合物经乙二醇浸泡后，拉伸强度和缺口冲击强度保持率均相对更高，特别是拉伸强度保持率达到89％。
表4对比例1～5的测试结果
对比例1中，不含低结晶速率聚烯烃，聚丙烯树脂作为树脂基材，其结晶速率过快，易造成结晶不完整，导致材料在乙二醇浸泡过程中力学性能下降严重。
对比例2中，低结晶速率聚烯烃与聚丙烯的质量比为0.2:1，低结晶速率聚烯烃的含量过高，超出本发明技术方案范围，低结晶速率聚烯烃与聚丙烯的相间结合力略差，经乙二醇浸泡后力学性能保持率达不到要求。
对比例3和4中，聚烯烃在128.0℃的等温结晶速度常数K值虽然也较低，但仍不满足K≤1.0×10-4min-n的要求，聚烯烃对于聚丙烯树脂结晶速率的改善有限，制得的聚丙烯组合物的耐乙二醇性能较差。
对比例5中，在不含相容剂的情况下，本发明聚丙烯组合物间各组分相容性较差，材料经乙二醇浸泡后，力学性能保持率均小于70％。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种聚丙烯组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分：
树脂基材60～80份，玻璃纤维20～40份，相容剂3～5份，抗氧剂0.2～2份；
所述树脂基材包括聚丙烯树脂和低结晶速率聚烯烃，且二者质量比为1：(0.05～0.15)；
所述低结晶速率聚烯烃在128.0℃的等温结晶速度常数K≤1.0×10-4min-n。
2.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述低结晶速率聚烯烃在128.0℃的等温结晶速度常数K≤1.0×10-5min-n。
3.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述树脂基材中聚丙烯树脂和低结晶速率聚烯烃的质量比为1：(0.08～0.12)。
4.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯，在230℃、2.16kg负荷下的熔体流动速率为2～20g/10min。
5.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚烯烃。
6.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述相容剂中马来酸酐的接枝率≥0.8％。
7.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂。
8.权利要求1～7任一项所述聚丙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
将树脂基材、相容剂、抗氧剂混合后加至挤出机的主喂料口，将玻璃纤维加至挤出机的侧喂料口，经过熔融混合、挤出造粒，得到所述聚丙烯组合物。
9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述挤出机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的挤出工艺为：主机一区温度100～120℃，二区温度180～200℃，三区温度200～220℃，四区温度200～220℃，五区温度200～220℃，六区温度180～200℃，七区温度180～200℃，八区温度180～200℃，九区温度180～200℃，十区温度180～200℃，主机转速200～350rpm。
10.权利要求1～7任一项所述聚丙烯组合物在新能源汽车水室材料中的应用。
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